利用OpenUSD和NVIDIA Omniverse开启物理精确模拟世界AI新时代

数字化正在革新各行各业，旨在打破传统边界，加速技术融合，并推动新的产业融合。数字化的时代，是一个物理实体和数字世界交融的时代。而 NVIDIA Omniverse 则是这一变革中的重要推动者，通过连接数字与物理世界来赋能数字化进程。

NVIDIA Omniverse：

AI 和数字化时代的桥梁，连接虚拟和现实

3D 世界正在迎来设计、模拟和 AI 进步的新时代。NVIDIA Omniverse 是 NVIDIA 推出的一个易于扩展的开放式计算平台，专为虚拟协作和物理级精确的实时模拟打造。它能够为创作者、设计师、工程师提供一个共享的虚拟空间实现无缝协作，开发者和企业技术人员能够基于 Omniverse 自定义和增强应用程序，加速工作流程和项目。

自 Omniverse 平台推出以来，NVIDIA 一直在持续更新、不断迭代，使其能够更加广泛地赋能企业创新流程和数字化转型。

在 GTC 2024 大会上，NVIDIA 宣布将以 API 形式提供 NVIDIA Omniverse Cloud，将该全球领先的工业数字孪生应用和工作流创建平台的覆盖范围扩展至整个软件制造商生态系统。借助五个全新 Omniverse Cloud 应用编程接口（API），开发者能够轻松地将 Omniverse 的核心技术直接集成到现有的数字孪生设计与自动化软件应用中，或是集成到用于测试和验证机器人或自动驾驶汽车等自主机器的仿真工作流中。

同时，基于 Omniverse Cloud APIs 构建的全新软件框架，开发人员能够轻松地将他们的 OpenUSD 工业场景从内容创建应用程序发送到 NVIDIA 图形交付网络（GDN），并将先进的 3D 体验流式传输到 Apple Vision Pro。

Omniverse 目前已经在多个领域获得企业级采用，包括数字人创建、数字孪生工厂、自动驾驶等。它不仅仅是一个简单的软件工具，而是连接物理和虚拟世界的桥梁，一个汇聚创意和技术的舞台。

Omniverse 平台的核心功能和特性主要包含以下几个方面：

可扩展的可视化和模拟：借助 NVIDIA RTX 和 AI 技术，Omniverse 能够提供逼真的光线追踪效果，创建全保真的产品可视化和模拟环境。无论是游戏开发、建筑可视化还是影视制作，都可以受益于 Omniverse 打造物理精度视觉效果带来的出色体验。

数据互操作性：在 Omniverse 平台中，可以解锁无损、可互操作的工作流程，减少不同软件和应用程序之间的数据传输和导入/导出，实现无缝集成。这意味着，无论用户使用的是 Autodesk Maya，还是 Blender，或者是其他任何支持 Omniverse 的程序，都可以在 Omniverse 平台上实现联动，无需担心兼容性问题。

模块化的生态系统和易于使用的开发工具：Omniverse 平台采用灵活的模块化平台，用户可以基于图形或 Python 的低代码，快速创建和部署自定义工作流程和应用程序，而无需大量操作编程知识。

内置人工智能：通过预测功能和自然语言处理能够自动执行重复任务。从自动驾驶汽车的仿真测试到机器人的行为编程，Omniverse 能够提供一个安全的“试验场”。

OpenUSD：通往未来的 3D 生态系统

如果说 Omniverse 是桥梁，那么通用场景描述（OpenUSD）则是地基，它是 Omniverse 的基础，是一个用于在 3D 世界中进行描述、合成、仿真和协作的可扩展框架和生态系统。

皮克斯在 2012 年推出了 USD（Universal Scene Description，通用场景描述），它是一款开放式 API 的通用场景描述工具，用于在虚拟世界中创建、编辑、查询、渲染、协作和模拟真实世界的场景。

USD 于 2016 年开源，由于其具有各种强大的功能，它不仅在视觉效果领域得到广泛应用，还应用于建筑、工程、设计、零售、机器人、制造和其他领域。OpenUSD 不仅仅是一种文件格式，还是一个开放、强大、易于扩展的世界组合框架，带有用于在虚拟世界中进行创建、编辑、查询、渲染、模拟和协作的 API。

▲ OpenUSD 示意图

展示了其作为一项大规模工业流程技术的强大功能

OpenUSD 之所以能够成为开放标准，得益于其四大独特优势，作为 3D 数据建模和资源交换的强大利器，可实现高度可扩展性，并满足虚拟世界的需求。

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合成引擎

OpenUSD 的高效引用和分层功能使团队能够对项目进行实时无损编辑，并保留所有源内容，实现协作工作流程的迭代。这让用户可以通过该系统开展实时协作而不会相互影响。例如，一位艺术家在为一个场景建模的同时，其他艺术家可以为该场景打光。

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自定义模式

OpenUSD 的数据模型可通过自定义模式进行扩展，OpenUSD 已经将几何图形和着色等核心模式做了绑定。NVIDIA 还与皮克斯和苹果公司合作，创建了基于刚体物理运动的模式，并且还在探索其他自定义模式，以进一步扩展数字孪生和虚拟世界的生态系统。

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资产解析器和数据存储

OpenUSD 数据不会依赖于文件系统或与其他永久性存储绑定，甚至可以按程序生成。这是由 OpenUSD 的插件系统实现的，该系统支持 NVIDIA Omniverse Nucleus 等资产解析器以及 OBJ 等文件格式。

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Hydra

Hydra 最初被设计为 OpenUSD 输入场景图与 RTX 等输出渲染器之间的抽象层，现已演进为用于处理组合场景图和运行时的通用框架。Hydra 的主要优势之一是它不与任何单一运行时数据布局紧密耦合，这让 NVIDIA Omniverse 能够将组合后的 OpenUSD 编译为深度向量化的数据布局，即 Fabric。这就意味着，如果渲染器适配了 Hydra，就可以支持 OpenUSD。借助 Hydra，OpenUSD 可以为不同的渲染器诸如 Pixar Storm 和 RenderMan 等提供开箱即用的服务。

基于 OpenUSD 高度的灵活性、可扩展、可协作及可定制化的特性，使得高保真和精确的模拟真实世界成为可能，未来的 3D 世界需要一个等同于 HTML 的方式来高度详细地描述各个相互连接的应用程序。NVIDIA Omniverse 是用于创建和操作元宇宙应用程序的平台，OpenUSD 是 NVIDIA Omniverse 的基础。NVIDIA Omniverse 完全基于 OpenUSD 构建，这是一个开放且可扩展的生态系统，用于在 3D 世界中进行合成、模拟和协作。

使用 Omniverse 和 OpenUSD 构建工作流

NVIDIA 正在与合作伙伴和开源社区通力合作，以确保 USD 经过优化并为所有人开放使用，NVIDIA 与 Pixar、Adobe、Apple、和 Autodesk 共同成立OpenUSD 联盟（AOUSD）并致力于促进 USD 的标准化、开发、演进和发展。而随着十多名新成员（Cesium、Chaos、Epic Games、Foundry、Hexagon、IKEA、Lowe's、Meta、OTOY、SideFX、Spatial 和 Unity）的加入，OpenUSD 的功能性和兼容性将进一步提高，不仅支持构建虚拟世界过程中的各种需求，如几何体、摄像机、灯光和材质等更加逼真的呈现，还完成了数字工具的全栈布局，成为 3D 互联的中心枢纽。

从创建汽车工厂数字孪生到构建自定义场景操作工具，以及高级动画制作，OpenUSD 和 Omniverse 正广泛应用于加速各种 3D 工作流程，包括应用于 3D 模型生成、3D 叙事、AI 生成的数字艺术、自定义工具开发、工业数字化、多应用协作等。

审核编辑：刘清